摘 要
《信号与系统》是电类专业最基本的理论课程，其理论性非常强，内容较为抽象，学生感到有些理解上的困难，学习吃力。针对这样理论性较强的专业课时，实验教学就显得尤为重要。
LabVIEW 作为一款主要针对测控、信号处理的图形化编程语言，具有形象、直观易懂以及强大的数据处理能力等特点，能支持多种硬件平台。十分符合高等院校信号与系统实验教学要求，并且已经运用在国内外的一些高等院校中了。为了加强学生对基本理论课程的理解，提高实际的工程能力，设计一个基于LabVIEW的实验教学系统是具有十分重要的现实意义。
本文先介绍LabVIEW的特点，然后在介绍实验的理论基础之上详细介绍了实验的LabVIEW实现。完成了的信号分析、信号抽样、LTI系统特性、系统仿真、谐振电路的具体实现。与传统的实验教学系统相比，LabVIEW易懂的图形化编程，强大的I/O驱动能力——能方便的实现和多种硬件设备的连接，不仅能增加学生对实验的兴趣，还能增强学生软件和硬件结合的工程能力。由这些模块构成的实验系统，可用于各电类专业的信号与系统的教学实验。
关 键 词：LabVIEW；数字信号处理；信号系统；实验教学平台；数据采集
I
ABSTRACT
LabVIEW is a Graphics Language , aiming at control and signal processing, with the feature of visual, easy understanding and strong data processing，it also can support many kinds of hardware platform ,and has applied in many schools at home and abroad. it has very important real sense to design a experimental teaching system based on the LabVIEW aiming at enhancing students' understanding of the basic theory courses and improving engineering capabilities.
The thesis firstly introduces the feature of LabVIEW, and experiments on LabVIEW including signal analysis, signal sampling, LTI system features, system simulation, and the resonant circuit. Compared with the traditional experimental teaching system, the easy-understanding graphical programming in LabVIEW and its powerful I/O drive capability not only increases students' interest in the experiment, but also enhances the engineering ability of students to combine the software and hardware. The experimental system constituted by these modules can be used to the experimental teaching involved in the signal and system for the students of the Electronics specialty.
KEY WORDS: LabVIEW；Digital signal process; Signal and system; Experimental teaching platform;
Data acquisition
II
目 录
1 绪论 ...................................................................................................................................... 1 1.1课题背景 ........................................................................................................................ 1 1.1.1 虚拟仪器在教学运用的前景 ................................................................................. 1 1.1.2虚拟仪器和LabVIEW ............................................................................................ 1 1.2研究意义 ........................................................................................................................ 2 1.3研究内容 ........................................................................................................................ 2 2 走进LabVIEW的世界 ....................................................................................................... 3 2.1什么是LabVIEW ........................................................................................................... 3 2.2 LabVIEW的发展历史 ................................................................................................... 3 2.3 G语言 ............................................................................................................................. 3 2.4 LabVIEW的特点 ........................................................................................................... 3 2.5 LabVIEW的应用领域 ................................................................................................... 4 3 信号系统实验的LabVIEW实现 ....................................................................................... 6 3.1信号分析 ........................................................................................................................ 7 3.1.1信号分析基本原理 .................................................................................................. 7 3.1.2信号分析的LabVIEW实现 ................................................................................. 12 3.2信号抽样 ...................................................................................................................... 14 3.2.1信号抽样原理 ........................................................................................................ 14 3.2.2信号抽样的LabVIEW实现 ................................................................................. 15 3.3 LTI系统 ........................................................................................................................ 17 3.3.1 LTI系统特性 ......................................................................................................... 18 3.3.2 LTI系统特性实验的LabVIEW实现 .................................................................. 19 3.4系统仿真 ...................................................................................................................... 21 3.4.1系统仿真的理论基础 ............................................................................................ 21 3.4.2系统仿真的LabVIEW实现 ................................................................................. 24 3.5本章小结 ...................................................................................................................... 25 4 LabVIEW和Multisim的联合仿真 ................................................................................... 26 4.1为什么要进行联合仿真 .............................................................................................. 26 4.2 Multisim自动化 ........................................................................................................... 26 4.3数字电路和模拟电路的联合仿真 .............................................................................. 27 5 数据采集 ............................................................................................................................ 30
III
5.1数据采集基础 .............................................................................................................. 30 5.1.1数据采集过程 ........................................................................................................ 30 5.1.2采集卡的主要指标 ................................................................................................ 30 5.2 一阶电路的测量 ......................................................................................................... 30 6 结论与展望 ........................................................................................................................ 33 参考文献 ................................................................................................................................ 34 附 录1 ................................................................................................................................. 35 附 录 2 .................................................................................................................................. 44 7 致 谢 ................................................................................................................................ 49
IV
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1 绪论
1.1课题背景
本文所开发的基于虚拟仪器的《信号与系统》实验教学平台是在计算机技术，信号测量技术，信号处理技术高速发展，实验室教学软硬件更新，为了促进学生更好的理解理论知识，增加实际的工程运用能力，在美国国家仪器NI公司的LabVIEW软件平台开发上的虚拟仪器实验教学系统。可用于应用于各电类专业的自动控制、信号处理实验教学。本文的背景知识包括：信号与系统、LabVIEW编程、数字信号处理、电路原理。
1.1.1 虚拟仪器在教学运用的前景
我国科学家怀樵老先生在1979年提出了“软件制造仪器”的概念。1986年美国国家仪器公司NI（National Instruments）提出了虚拟测量仪器（VI）概念，在传统仪器领域引发了一场深刻的变革，它使得计算机和网络技术能够进入仪器领域，和仪器技术结合起来，开创了“软件即是仪器”的先河。实验教学在高等工科教育中占据重要的地位，并起着不可替代的的作用，特别是在针对这样理论性较强的专业课时，实验教学就显得尤为重要，通常在高校实际实验教学中，主要是通过基于硬件或软件的实验加深学生对所学知识的理解。目前高校中很多的实验是采用试验箱和传统仪器来搭建的实验平台，或者是用C、MATLAB等语言编写的仿真软件系统。硬件实验常通过利用信号发生器、示波器、频谱分析仪、采集卡等器件产生、观察、测试、分析信号的波形和各种特性。但是硬件投资大、维护、更新难、操作出现意外损失也较大，适合有一定基础的高年级学生，软件实验利用软件编程对信号进行各种处理，MATLAB是我们之前《信号与系统》实验所用软件其操作简单，处理能力强，仿真效果好，但是其也存在直观性差。无法快速、高效、实时地处理各种信号，不能较好的满足对低年级实验教学的现实需求。使用虚拟仪器的法案，可以在很大的程度上减少实验室的硬件投入、系统的维护成本，还可以锻炼学生实际的测试工程技能，增加学生的学习兴趣。
1.1.2虚拟仪器和LabVIEW
所谓的虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。它的实质是用电脑的显示器功能来模拟传统仪器的控制面板，用模块化的硬件来实现软件和硬件的联合，用I/O设备完成信号的采集与输出，用强大的软件来实现信号的采运算、分析和处理，从而实现各种功能的计算机测控系统。其具有性能高、扩展性强、开发周期短、无缝集成等优点。用户用鼠标
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